[發明專利]高含沙量涌潮模擬試驗方法

有效

• 申請號: 201410229789.8
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN103981833A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 潘冬子;潘存鴻;曾劍;李最森
• 申請（專利權）人: 浙江省水利河口研究院
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 北京尚德技研知識產權代理事務所(普通合伙) 11378
• 代理人: 陳曉平;嚴勇剛

技術領域

本發明涉及一種在河口模型試驗中模擬高含沙量涌潮的試驗方法，尤其是一種在涌潮發生時，模擬涌潮潮頭含沙量的方法及裝置，屬于海岸工程模型試驗領域。

背景技術

涌潮是入海河流河口段的一種潮水暴漲現象。地球上大約有450個河口受到涌潮的影響。涌潮有波狀涌潮和漩滾涌潮之分，波狀涌潮是一系列平行向前傳播的涌波構成的波列，漩滾涌潮則是前鋒陡立向前推進的水滾。錢塘江與南美亞馬遜河、南亞恒河并列為“世界三大強涌潮河流”。錢塘江涌潮氣勢磅礴，蔚為壯觀，但同時涌潮帶來的巨大水動力也造成河床和海塘沖刷，威脅涉水建筑物的安全。既要保護涌潮這一獨特的自然景觀和寶貴的資源，又要預防和減免其災害，需要了解涌潮傳播機理及其水動力特性。錢塘江涌潮到達時，數十秒內，水位驟然上漲2m左右，高者3m以上，水流從落潮狀態急速轉化為漲潮狀態。若遇河道急彎、建筑物阻擋，激起的水柱高達10m以上。涌潮過后的數分鐘至數十分鐘間，流速達到極值，一般為6～7m/s，實測最大測點流速達12m/s。因流速大，挾帶泥沙的能力極強，與水位、流速相對應，涌潮到達時，河床受到激烈沖刷，垂線平均含沙量達每立方米數十千克，近底處可達每立方米數百千克，形成大含沙量區。

現有的涌潮實驗裝置大多采用清水定床設計，側重于涌潮潮頭或傳播過程的模擬。未見對潮頭中含沙量進行模擬的裝置。

為了解決以上技術問題，本發明針對類似錢塘江涌潮這樣高含沙量涌潮的特點，模擬涌潮傳播過程中含沙量的沿程和垂向的變化。該裝置能把一定含沙量的挾沙水流均勻的送入水槽，復演強涌潮水沙輸移規律。

發明內容

本發明要解決的技術問題就是提供一種模擬高含沙量涌潮的試驗方法，該方法專門用于模擬類似錢塘江涌潮這樣高含沙量涌潮在傳播過程中含沙量的沿程和垂向變化。

所述的方法包括：高含沙量涌潮模擬試驗裝置和利用該裝置進行模擬試驗的方法。

高含沙量涌潮模擬試驗裝置，包括可變水頭高位水箱、試驗水槽、地下水庫；

所述的可變水頭高位水箱包括：箱體、平水槽、溢流內管、千斤頂、進水管、溢流外管、出水管；平水槽置于箱體內，由千斤頂支撐并調節溢水高度，溢流內管上端連接在平水槽底部，下段插入溢流外管內部，溢流內管與溢流外管相連接處可滑動并設置止水橡皮；

試驗時調節千斤頂使平水槽達到預定高度，進水管進水量大于出水管的出水量，多余棄水自平水槽進入溢流內管、溢流外管返回地下水庫。

所述的試驗水槽包括：擴散段、整流段、沙槽、試驗段、快速閘門、閘門電機、尾水段、尾門、支架；

所述的整流段連接在擴散段下游，試驗段連接在整流段下游，沙槽位于試驗段底部，快速閘門通過齒條與閘門電機的齒輪相互咬合，快速閘門門槽位于沙槽的下游端，尾門安裝在尾水段末端；

所述的整流段、試驗段、尾水段長度比為2：5：3；

所述的擴散段為一段圓變方的喇叭口，試驗得到擴散段前后面積比大于1：3小于1：2，長度不小于整流段，若面積比小于1：3則擴散后水流仍然有較明顯的高速區，會在沙槽上留下明顯的沖刷痕跡，若面積比大于1：2則在小流量試驗時會有泥沙停留管道中，造成總沙量不平衡，只有當擴散段滿足以上面積比范圍時，沙槽中的泥沙才不會出現明顯的沖刷痕跡，并且在試驗過程中不停留在管道中，一直隨水流運動；

所述的整流段為一段矩形水槽；

所述的試驗段為一段矩形水槽，水槽底部為深度為10～25cm的沙槽，沙槽鋪沙表面與水槽底部持平；

所述的快速閘門背面設置齒條，齒條與閘門電機的齒輪相互咬合；所述的閘門電機為步進電機，電機腳步距為6’,齒輪與齒條咬合后，提供的關閉速度范圍為2～10倍的水槽水流流速；

所述的尾水段為一段矩形水槽；

所述的尾門為插板式尾水門，所述的尾水門由8～12塊插板和分割板組成；

所述的支架為鋼支架用來支撐水槽。

所述的該裝置進行模擬試驗的方法包括以下步驟：

沙槽鋪沙、調整水槽水位和流速、關閉閘門生潮、測量閘門上游懸沙分布；

所述的沙槽鋪沙是指依據泥沙起動流速相似準則選擇模擬用泥沙，將泥沙鋪設在沙槽中，原型沙最大起動流速與沙槽深度關系為v<8d，即本試驗裝置使用10cm深沙槽時最大可模擬起動流速為0.8m/s的原型沙運動，在使用25cm沙槽時，最大可模擬起動流速為2.0m/s的原型沙運動。

所述的根據泥沙起動流速相似準則是指：